Quora：科學家如何測量光速？

知識 11-30

Quora：科學家如何測量光速？

哈哈哈，我們根本不那麼做。

是的(嚴肅臉)，我們根本不測量光速(通常指光在真空中傳播的速度)。因為我們知道到底何為光速。

光速就是：c=299792458米/每秒。

這絕對100%準確，絲毫沒有測量誤差。要問原因么，因為光速的數值就是我們定義的。

我們先來定義秒(銫133原子的超精細能階間躍遷輻射特定周期的持續時間)，接著定義米的概念。所以我們需要測量的實際上是「米」。

我們用光速作為一個固定的速度，所以任何觀察者都能以此來定義自己的長度範圍。

光速的測量需要一個外部定義量，那就是「米」。但是在20世紀70年代，我們並沒有這樣的定義。

如果你真的很想用這個外部量來定義光速，其實也不難：你只需要在某個時間點t=0的時候向鏡子發射一束光脈衝，然後計算一下過了多久這束光回到了起點。這是雷達和聲吶工作的確切原理(雖然它們是利用速度來測距離，但是工作方式卻是如此。)

讓我們來了解一點背景知識：

關於「米」最初的定義是在法國大革命之後，大概1799年。當時它被定義為赤道和北極距離的1/10000000。

1889年，正式用一根放置在巴黎地下室鉑桿(國際米原器)的長度來定義「米」的數值。

我們用當時對「米」和「秒」的定義測量(使用鏡子反射時間法或基於天文觀測)出光速數值大約為299792458，這並不是一個整數，其中還包括測量誤差。

最終我們意識到，用一個現有的東西來定義「米」的實在是讓人有點糾結。因此，我們試圖用一個誰都可以使用的方法來定義它，並不再引用一個「標準對象」。

所以呢，我們用光速來重新定義了「米」。

今天一米的正式定義為：光在真空中一秒時間內所傳播距離的1/299792458。同時，秒的定義也來自銫元素。

因此，這也與上述光速的數值相符合。

我們之所以選擇這一數字(而不是更方面的數字，例如300000000)是因為這個數字對「米」的定義有著極其微小的改變，但是卻能讓符合各方面的需求。

使用該定義的結果是任何對光速進行測量的嘗試都是周期性的，從某種程度上來說你是用「米」來測量，而「米」的定義依靠光速。

所以現在你需要做的是，當你「測量」光速的時候(在真空中)，實際上是「檢測你測量機器的精確度」。

這篇文章最初發表於Quora。

[千里之外 via mentalfloss]

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